本发明涉及自动控制领域，特别是涉及一种双转子永磁电机控制方法及系统。
背景技术：
近年来，随着同轴反转螺旋桨技术的推广与应用，使得同轴反转螺旋桨技术在水下航行器/空中飞行器上得到了飞速的发展，从而加快了双转子永磁电机的应用研究。双转子保持反向、等速运行是防止水下航行器/空中飞行器发生侧滚、出现失控的关键因素，因此，保证双转子永磁电机的稳定运行是同轴反转螺旋桨技术的关键核心技术之一。
传统预测电流控制技术是在基于电流预测的基础上，采用遍历法对6个电压矢量进行搜索，并利用价值函数来并最终找出最优电压矢量，从而产生控制信号控制功率器件的导通与关闭。尽管传统预测电流控制方法简单，可以省去脉宽调制环节，但是存在着预测精度不高的问题，因而造成双转子转速不能完全同步，易发生侧滚现象。改进的预测电流控制方法其基本思路是通过增加有效电压矢量，利用价值函数择优选出最优电压矢量，该方法在一定程度上可以减少预测误差，提高控制精度；同时可以减少功率器件的开关频率，降低开关损耗。
鉴于这些原因，提出一种双转子永磁电机控制方法，以满足两个转子能以相同的转速各自反向旋转。
在传统模型电流控制中，核心思想是对(k 1)时刻(即将来时刻)电流进行预测并利用其来控制双转子永磁电机。通过采样可得到一个电流控制值，此时仍与系统给定会存在一定的误差，为了减少误差，提出一种改进方案，即适当增加控制集。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种双转子永磁电机控制方法及系统，减少预测误差。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双转子永磁电机控制方法，所述控制方法包括：
对电机的三相定子电流进行检测，得到定子电流；
对所述定子电流进行坐标变换，得到定子电流的两项旋转系的量；
基于所述定子电流的两项旋转系的量计算下一时刻定子电流dq轴的分量值；
确定电压矢量；
对所述电压矢量进行扩展；
采用改进的价值函数基于所述下一时刻定子电流dq轴的分量值从扩展后的电压矢量中选择最佳电压矢量；
基于所述最佳电压矢量控制逆变器的导通与关闭，从而控制所述双转子永磁电机稳定运行。
可选的，所述控制方法在所述对电机的三相定子电流进行检测，得到定子电流之前还包括：
对双转子永磁电机的转子进行位置检测；
选取双转子永磁电机中位置角较小的转子位置对双转子永磁电机实行控制。
可选的，所述基于所述定子电流的两项旋转系的量计算下一时刻定子电流dq轴的分量值具体采用以下公式：
其中，ed(k)＝2ω(k)liq(k)，eq(k)＝-2ω(k)lid(k)-2ω(k)ψf
t为采样周期；id(k 1)，iq(k 1)为下一时刻定子电流dq轴的分量值；id(k)，iq(k)为当前时刻定子电流dq轴的分量值；ed(k)，eq(k)为当前时刻dq轴上反电势的分量值。
可选的，所述对所述电压矢量进行扩展具体采用以下公式：
可选的，所述改进的价值函数具体用如下公式表示：
可选的，所述采用改进的价值函数基于所述下一时刻定子电流dq轴的分量值从扩展后的电压矢量中选择最佳电压矢量具体包括：
基于所述改进的价值函数和所述扩展后的电压矢向量确定扩展后的电压矢向量的价值函数值；
选取所有价值函数值中最接近给定参考值的价值函数值作为最优价值函数值，即为最佳电压矢量。
本发明另外提供一种双转子永磁电机控制系统，所述系统包括：
定子电流检测模块，用于对电机的三相定子电流进行检测，得到定子电流；
坐标变换模块，用于对所述定子电流进行坐标变换，得到定子电流的两项旋转系的量；
定子电流dq轴的分量值计算模块，用于基于所述定子电流的两项旋转系的量计算下一时刻定子电流dq轴的分量值；
电压矢量确定模块，用于确定电压矢量；
扩展模块，用于对所述电压矢量进行扩展；
最佳电压矢量确定模块，用于采用改进的价值函数基于所述下一时刻定子电流dq轴的分量值从扩展后的电压矢量中选择最佳电压矢量；
控制模块，用于基于所述最佳电压矢量控制逆变器的导通与关闭，从而控制所述双转子永磁电机稳定运行。
可选的，所述控制系统还包括：
位置检测模块，用于对双转子永磁电机的转子进行位置检测；
位置确定模块，用于选取双转子永磁电机中位置角较小的转子位置对双转子永磁电机实行控制。
可选的，所述定子电流dq轴的分量值计算模块具体采用以下公式：
其中，ed(k)＝2ω(k)liq(k)，eq(k)＝-2ω(k)lid(k)-2ω(k)ψf
t为采样周期；id(k 1)，iq(k 1)为下一时刻定子电流dq轴的分量值；id(k)，iq(k)为当前时刻定子电流dq轴的分量值；ed(k)，eq(k)为当前时刻dq轴上反电势的分量值。
可选的，所述电压矢量确定模块具体采用以下公式：
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中的上述方法及系统通过增加有效电压矢量，利用价值函数择优选出最优电压矢量，在一定程度上减少了预测误差，提高了控制精度；同时可以减少功率器件的开关频率，降低开关损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例双转子永磁电机控制方法流程图；
图2为本发明实施例扩展电压矢量图；
图3为本发明实施例双转子永磁电机系统控制框图；
图4为本发明实施例电机dq轴电流波形图；
图5为本发明实施例双转子永磁电机控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种双转子永磁电机控制方法及系统，减少预测误差。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
双转子永磁电机有一个圆形盘式定子，同时定子两侧为异向旋转的两个圆形转子。在电气联接上，双转子永磁电机可看成为两个传统永磁同步电机通过定子绕组串联在一起的具有新型结构的组合电机，该组合电机中的两个传统永磁同步电机的定子电阻，电感与转动惯量等都基本相同。假设电机具有正弦反电势、线性磁路；同时忽略各种铁耗、磁滞与涡流；忽略转子阻尼绕组。单独分析电机1与电机2时，在dq坐标系下，可以得到其各自的数学模型。此时，电压方程为：
dq轴磁链方程为：
式(1)和(2)中，下标i(i＝1，2)代表电机1或电机2。ud,uq；id,iq；ψd,ψq分别为电机定子直、交轴的电压、电流与磁链分量；ωi为转子转速；rs，l为定子绕组电阻与电感；ψf为永磁体磁链。
由于双转子永磁电机定子两侧绕组在电气联接上相当于串联，故通电时其电流满足i1＝i2＝i；总的定子电压为电机1电压加上电机2电压；电机稳定运行时，转子转速相同，即ω1＝ω2＝ω，所以，由公式(1)，双转子永磁电机总的电压为：
将(3)式变形，则可得到双转子永磁电机dq轴下定子电流的变化率为：
利用前向欧拉离散法对(4)式进行分析，可得：
ed(k)＝2ω(k)liq(k)(7)
eq(k)＝-2ω(k)lid(k)-2ω(k)ψf(8)
式(5)-(8)中，t分别采样周期；id(k 1)，iq(k 1)为下一时刻定子电流dq轴的分量值；id(k)，iq(k)则为当前时刻定子电流dq轴的分量值；ed(k)，eq(k)为当前时刻dq轴上反电势的分量值。
在传统模型电流控制中，核心思想是对(k 1)时刻(即将来时刻)电流进行预测并利用其来控制双转子永磁电机。通过(5)-(6)采样可得到一个电流控制值，此时仍与系统给定会存在一定的误差，为了减少误差，提出一种改进方案，即适当增加控制集。
图1为本发明实施例双转子永磁电机控制方法流程图、图3为本发明实施例双转子永磁电机系统控制框图，如图1和图3所示，所述方法包括：
步骤101：对电机的三相定子电流进行检测，得到定子电流，即ia、ib和ic。
步骤102：对所述定子电流进行坐标变换，即，从三相静止到两相旋转，得到定子电流的两项旋转系的量。
步骤103：基于所述定子电流的两项旋转系的量计算下一时刻定子电流dq轴的分量值。
具体采用如下公式：
其中，ed(k)＝2ω(k)liq(k)，eq(k)＝-2ω(k)lid(k)-2ω(k)ψf
t为采样周期；id(k 1)，iq(k 1)为下一时刻定子电流dq轴的分量值；id(k)，iq(k)为当前时刻定子电流dq轴的分量值；ed(k)，eq(k)为当前时刻dq轴上反电势的分量值。
步骤104：确定电压矢量。
步骤105：对所述电压矢量进行扩展。
在原来控制矢量的基础上适当拓展出虚拟电压矢量，以增加备选矢量。基本思路为：在一个周期ts内，令相邻的两个电压矢量分别作用ts/2，即按如下公式对相邻的两电压矢量进行合成：
具体的，可以将有效矢量从原来的6个增加到12个，且增加的这6个虚拟矢量分别位于六边形的6条边的中垂线上，终点为6条边的垂足，具体如图2所示，图2为扩展电压矢量图。
步骤106：采用改进的价值函数基于所述下一时刻定子电流dq轴的分量值从扩展后的电压矢量中选择最佳电压矢量。
其中，改进的价值函数为：
最佳电压矢量的确定过程如下：
对双转子永磁电机的三相输电线的电压、电流进行检测，得到其瞬时电压、电流值；利用坐标变换，通过公式(5)-(8)预测得到对应的(k 1)时刻的电流值i(k 1)；给存贮单元赋值，并赋值13给计数器；再利用价值函数式(10)，依次将14个电压矢量代入式(10)，计算一次，计数器便减少一个数，直至计数器为0；从而可以计算并得出14个不同的价值函数值(j0,j2,j3……j13)，并从这14个函数值中选出最接近给定参考值的解即为最佳电压矢量。
步骤107：基于所述最佳电压矢量控制逆变器的导通与关闭，从而控制所述双转子永磁电机稳定运行。
具体的，可将所得到的最佳电压矢量作为(k 1)时刻的开关状态s(k 1)，即可以预测到三相桥式逆变电路上桥臂逆变器的开关状态sa(k 1)，sb(k 1)，sc(k 1)；这样，通过pwm调制，便可以生成所需要的sa(k 1)，sb(k 1)，sc(k 1)开关信息，从而控制逆变器开/断，达到控制电机稳定运行的目的。
由于有两个转子，而对电流量进行坐标变换时只需要利用到一个位置角较小的转子位置来对电机实行控制，即利用这个位置角来进行坐标变换，因此本发明中在步骤101之前还包括：
对双转子永磁电机的转子进行位置检测；
选取双转子永磁电机中位置角较小的转子位置对双转子永磁电机实行控制。
图4为本发明实施例电机dq轴电流波形图，由于能准确地控制功率器件的导通，此时电机dq轴电流波形波动有了明显降低。
图5为本发明实施例双转子永磁电机控制系统，所述系统包括：定子电流检测模块201、坐标变换模块202、定子电流dq轴的分量值计算模块203、电压矢量确定模块204、扩展模块205、最佳电压矢量确定模块206以及控制模块207。
定子电流检测模块201用于对电机的三相定子电流进行检测，得到定子电流；
坐标变换模块202用于对所述定子电流进行坐标变换，得到定子电流的两项旋转系的量；
定子电流dq轴的分量值计算模块203用于基于所述定子电流的两项旋转系的量计算下一时刻定子电流dq轴的分量值；
电压矢量确定模块204用于确定电压矢量；
扩展模块205用于对所述电压矢量进行扩展；
最佳电压矢量确定模块206用于采用改进的价值函数基于所述下一时刻定子电流dq轴的分量值从扩展后的电压矢量中选择最佳电压矢量；
控制模块207用于基于所述最佳电压矢量控制逆变器的导通与关闭，从而控制所述双转子永磁电机稳定运行。
具体的，所述控制系统还包括：
位置检测模块，用于对双转子永磁电机的转子进行位置检测；
位置确定模块，用于选取双转子永磁电机中位置角较小的转子位置对双转子永磁电机实行控制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
1.一种双转子永磁电机控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
对电机的三相定子电流进行检测，得到定子电流；
对所述定子电流进行坐标变换，得到定子电流的两项旋转系的量；
基于所述定子电流的两项旋转系的量计算下一时刻定子电流dq轴的分量值；
确定电压矢量；
对所述电压矢量进行扩展；
采用改进的价值函数基于所述下一时刻定子电流dq轴的分量值从扩展后的电压矢量中选择最佳电压矢量；
基于所述最佳电压矢量控制逆变器的导通与关闭，从而控制所述双转子永磁电机稳定运行。
2.根据权利要求1所述的双转子永磁电机控制方法，其特征在于，所述控制方法在所述对电机的三相定子电流进行检测，得到定子电流之前还包括：
对双转子永磁电机的转子进行位置检测；
选取双转子永磁电机中位置角较小的转子位置对双转子永磁电机实行控制。
3.根据权利要求1所述的双转子永磁电机控制方法，其特征在于，所述基于所述定子电流的两项旋转系的量计算下一时刻定子电流dq轴的分量值具体采用以下公式：
其中，ed(k)＝2ω(k)liq(k)，eq(k)＝-2ω(k)lid(k)-2ω(k)ψf
t为采样周期；id(k 1)，iq(k 1)为下一时刻定子电流dq轴的分量值；id(k)，iq(k)为当前时刻定子电流dq轴的分量值；ed(k)，eq(k)为当前时刻dq轴上反电势的分量值。
4.根据权利要求1所述的双转子永磁电机控制方法，其特征在于，所述对所述电压矢量进行扩展具体采用以下公式：
5.根据权利要求1所述的双转子永磁电机控制方法，其特征在于，所述改进的价值函数具体用如下公式表示：
6.根据权利要求1所述的双转子永磁电机控制方法，其特征在于，所述采用改进的价值函数基于所述下一时刻定子电流dq轴的分量值从扩展后的电压矢量中选择最佳电压矢量具体包括：
基于所述改进的价值函数和所述扩展后的电压矢向量确定扩展后的电压矢向量的价值函数值；
选取所有价值函数值中最接近给定参考值的价值函数值作为最优价值函数值，即为最佳电压矢量。
7.一种双转子永磁电机控制系统，其特征在于，所述系统包括：
定子电流检测模块，用于对电机的三相定子电流进行检测，得到定子电流；
坐标变换模块，用于对所述定子电流进行坐标变换，得到定子电流的两项旋转系的量；
定子电流dq轴的分量值计算模块，用于基于所述定子电流的两项旋转系的量计算下一时刻定子电流dq轴的分量值；
电压矢量确定模块，用于确定电压矢量；
扩展模块，用于对所述电压矢量进行扩展；
最佳电压矢量确定模块，用于采用改进的价值函数基于所述下一时刻定子电流dq轴的分量值从扩展后的电压矢量中选择最佳电压矢量；
控制模块，用于基于所述最佳电压矢量控制逆变器的导通与关闭，从而控制所述双转子永磁电机稳定运行。
8.根据权利要求7所述的双转子永磁电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
位置检测模块，用于对双转子永磁电机的转子进行位置检测；
位置确定模块，用于选取双转子永磁电机中位置角较小的转子位置对双转子永磁电机实行控制。
9.根据权利要求7所述的双转子永磁电机控制系统，其特征在于，所述定子电流dq轴的分量值计算模块具体采用以下公式：
其中，ed(k)＝2ω(k)liq(k)，eq(k)＝-2ω(k)lid(k)-2ω(k)ψf
t为采样周期；id(k 1)，iq(k 1)为下一时刻定子电流dq轴的分量值；id(k)，iq(k)为当前时刻定子电流dq轴的分量值；ed(k)，eq(k)为当前时刻dq轴上反电势的分量值。
10.根据权利要求7所述的的双转子永磁电机控制系统，其特征在于，所述电压矢量确定模块具体采用以下公式：
